சனி, 22 செப்டம்பர், 2018

ஷ்ராடிங்கரின் பூனை!
குவாண்டம் தியரி ஓர் எளிய அறிமுகம்!
கட்டுரைத் தொடரின் 2ஆம் கட்டுரை!  கட்டுரை-2.
---------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
நியூட்டன் அறிவியல் மன்றம்
------------------------------------------------------
எர்வின் ஷ்ராடிங்கர் (Erwin Schrodinger 1887-1961) 
என்னும் ஆஸ்திரிய இயற்பியலாளர் 1935 ல் ஒரு 
சிந்தனைப் பரிசோதனையை முன்மொழிந்தார். 
1933ஆம் ஆண்டில் இயற்பியலுக்கான நோபெல் 
பரிசு பெற்றவர் இவர்.

ஷ்ராடிங்கர் முன்மொழிந்த சிந்தனைப் பரிசோதனை 
(thought experiment) என்பது ஓர் இயற்பியல் பரிசோதனை 
ஆகும். இப்பரிசோதனை  இயற்பியலின் எந்த 
விதியையும் மீறாமல் கற்பனையில் 
மேற்கொள்ளப்பட்டதாகும்.

ஷ்ராடிங்கரின் பூனை (Schrodinger's cat) என்ற தொடர் 
ஷ்ராடிங்கர் முன்மொழிந்த சிந்தனைப் 
பரிசோதனையைக் குறிக்கும்.இப்பரிசோதனை 
பின்வருமாறு அமைந்தது.

1) சற்றே பெரிதான ஒரு பெட்டியில் ஓர் உயிருள்ள 
பூனை வைக்கப் படுகிறது. 
2) உட்கொண்டதுமே உயிரைக் கொல்லும் 
பொட்டாசியம் சயனைடு (KCN) போன்ற ஒரு  
நஞ்சு கலந்த அமிலம்  உள்ள ஒரு குடுவையும் நன்கு மூடப்பட்டு அப்பெட்டியினுள் வைக்கப்படுகிறது. 
3) சிதைவடையக்கூடிய ஒரு கதிரியக்கத் தனிமமும்
மிகச் சிறிதளவில் அப்பெட்டியினுள் உள்ளது. 
இப்போது பெட்டி மூடப்படுகிறது.

20 மில்லிகிராம் அளவிலான பொட்டாசியம் சயனைடு 
(Potassium Cyanide) மனித உயிரைக் குடிக்கப் 
போதுமானதாகும் (lethal dose). எனில் பூனை 
எம்மாத்திரம்? இந்த நஞ்சுக் குடுவையானது 
பூனையால் அண்ட இயலாதவாறு பாதுகாப்பாகப் 
பெட்டியினுள் வைக்கப்பட்டுள்ளது.

பெட்டியில் ஒரு மில்லி  கிராமுக்கும் குறைவான 
கதிரியக்கத் தனிமம் உள்ளது. அது பொலோனியம் 
(Polonium) அல்லது யுரேனியம் போன்ற ஏதேனும் 
ஒரு கதிரியக்கத் தனிமம் ஆகும். இது 
சிதைவடைவதற்கான வாய்ப்பு 50:50 ஆகும்.
ஒரு மில்லிகிராம் தனிமம் போதுமானதா என்ற 
ஐயம் வாசகர்கள் மனதில் எழக்கூடும். 
தாராளமாகப் போதும். ஏனெனில்
அவகாட்ரோ விதியின்படி (Avogadro's law), 
ஒரு மோல் (one mole) அளவுள்ள பொருளில் 
6.022 x 10^23 எண்ணிக்கையுள்ள துகள்கள்
இருக்கும்.

சிதைவை அளவிடும் கெய்கர் கருவியில் 
(Geiger counter) கதிரியக்கத் தனிமம் வைக்கப்  
பட்டிருக்கும். தனிமம் சிதைவடையும்போது 
வெளியேறும் ஓர் அணு நஞ்சுக் குடுவையைத் 
திறந்து விட்டு விடும். அப்போது நஞ்சு
பூனையின் மீது செலுத்தப்பட்டு பூனை 
இறந்து விடும்.

தனிமம் சிதைவடையவில்லையெனில், அணு 
வெளியேறாது; நஞ்சுக் குடுவை திறக்கப் படாது: 
பூனையும் சாகாது. தனிமம் சிதைவடைவதாக 
இருந்தால், ஓரிரு மணி நேரத்துக்குள் அச்சிதைவு 
நிகழக்கூடும். இதுதான் பரிசோதனையின் ஏற்பாடு
(experimental set up).

இப்பரிசோதனைக்குரிய எந்தக் கருவியையும் 
ஷ்ராடிங்கர் உருவாக்கவில்லை; எந்த ஏற்பாட்டையும் 
செய்யவில்லை. இது ஒரு சிந்தனைப் பரிசோதனை 
என்பதால், இதைத் தன் மனதில் கட்டமைத்தார். 
ஷ்ராடிங்கரைப் போன்று நாம் ஒவ்வொருவரும்
இப்பரிசோதனையை நம் சிந்தனையில் 
கட்டமைக்கலாம்.

இப்பரிசோதனையில் எங்கேனும் இயற்பியல் விதி 
எதுவும் மீறப்பட்டுள்ளதா? இல்லை என்பது கண்கூடு. 
சிந்தனைப் பரிசோதனை என்பது அறிவியல் புனைவு 
அல்ல (not a science fiction).

அறிவியல் புனைவு எழுத்தாளர் நடைமுறை 
சாத்தியமற்ற எந்த ஒன்றையும் கற்பனையாக 
எழுத இயலும். நிரூபிக்கப்படாத ஒரு கோட்பாட்டை 
நிரூபிக்கப் பட்டதாகக் கற்பனை செய்து
புனைவை உருவாக்க இயலும். அனால் சிந்தனைப்
பரிசோதனையில்,  பரிசோதனையாளருக்கு 
அந்த உரிமை கிடையாது. சிந்தனைப் 
பரிசோதனை என்பது கோட்பாட்டளவிலான 
பரிசோதனையே (theoretical experiment) ஆகும். 
எனவே ஆய்வகத்தில் செய்யப்படும் 
பரிசோதனையில் பின்பற்றும் விதிகளை சிந்தனைப்
பரிசோதனையிலும் பின்பற்ற வேண்டும்.

இந்தப் பரிசோதனை கட்டமைக்கப்பட்ட பிறகு, 
இரண்டு மணி நேரம் கழித்து, பெட்டியைத் திறந்து 
பார்க்கும் ஒருவர் பூனை உயிருடன் இருப்பதையோ 
அல்லது பூனை இறந்து கிடப்பதையோ
தெரிந்து கொள்ளலாம். ஆனால் இப்பரிசோதனை 
எழுப்பும் கேள்வி அதுவல்ல. பெட்டியைத் 
திறப்பதற்கு முன், பூனை எந்த நிலையில் 
இருக்கும் என்பதே கேள்வி.

பெட்டியைத்  திறக்கும் முன், பூனை ஒரே 
நேரத்தில் உயிருடனும் இருக்கும்; இறந்தும் 
இருக்கும் என்று விடையளிக்கிறது
குவான்டம் விசையியல் (quantum mechanics). 
உயிருடன் இருத்தல், இறந்து விடுதல் என்னும் 
இரண்டு நிலைகளின் ஒன்றிப்பாகவே
(superposition) பூனை இருக்கும் என்ற குவான்டம் 
இயற்பியலின் விடை நமது பகுத்தறிவுடன் 
முரண்படுகிறது.

ஆனால் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட நிலைகளின்  
ஒன்றிப்பில் (superposition of states) துகள்கள்  
இருப்பது குவான்டம் இயற்பியலில் நிரூபிக்கப் 
பட்டுள்ளது. துகள்களுக்குப் பொருந்தும் இந்த
ஒன்றிப்பானது அன்றாட வாழ்க்கையில் நாம் 
காணும் பெரிய பொருட்களுக்குப் (macro objects) 
பொருந்தாது என்று உணர்த்தும் நோக்கிலேயே 
ஷ்ராடிங்கர் இந்த பூனைப் பரிசோதனையை 
முன்மொழிந்தார்.

ஒரே நேரத்தில் உயிருடனும் இறந்தும் இருக்கும் 
பூனை என்பதை நம் அறிவு ஏற்காது. இறப்பும் 
உயிருடன் இருத்தலும் ஒன்றையொன்று விலக்கும் 
(mutually exclusive) நிகழ்வுகள். ஒரு நாணயத்தைச் 
சுண்டும்போது தலை விழலாம் அல்லது
பூ விழலாம். இவ்விரண்டில் ஒன்று நிகழுமெனில், 
மற்றொன்று நிகழ இயலாது. இத்தகைய 
நிகழ்வுகளே ஒன்றையொன்று விலக்கும் நிகழ்வுகள் 
எனப்படும். எனவே பூனை இறந்து
விடுமானால் அது உயிருடன் இருக்க இயலாது. 
அது போல அது உயிருடன் இருக்குமானால் 
இறந்ததாகக் கருத இயலாது.

இப்பரிசோதனையின் மூலம் குவான்டம் 
விசையியலின் "நிலைகளின் ஒன்றிப்பு" 
(superposition of states) என்ற கோட்பாடு பெரிய 
பொருட்களுக்குப் பொருந்தாது என்று 
உணர்த்தினார் ஷ்ராடிங்கர்.

கோப்பன்ஹேகன் விளக்கம்!
----------------------------------------------------
குவான்டம் விசையியலுக்கு பல்வேறு விளக்கங்கள்
அளிக்கப் பட்டன. அவற்றுள் மிகவும் செல்வாக்குப் 
பெற்றது கோப்பன்ஹேகன் விளக்கம் 
(Copenhagen interpretation) ஆகும்.

டென்மார்க்கின் தலைநகரான கோப்பன்ஹேகனில்
வாழ்ந்த இயற்பியல் அறிஞர்கள் நியல்ஸ் போர் 
(Niels Bohr 1885-1962) மற்றும் வெர்னர் ஹெய்சன்பர்க் 
(Werner Heisenberg 1901-1976) ஆகிய இருவரும் 
குவான்டம் விசையியலுக்கு 1920களின்
பிற்பகுதியில் அளித்த விளக்கமே கோப்பன்ஹேகன் 
விளக்கம் எனப்படுகிறது. கோபன்ஹேகன் 
விளக்கத்தை ஐன்ஸ்டின் ஏற்கவில்லை. 
அவ்விளக்கத்துடன் இடைவிடாமல் முரண்பட்டுக்
கொண்டே இருந்தார். ஐன்ஸ்டின் மட்டுமின்றி, 
ஷ்ராடிங்கரும் அவ்வாறு முரண்பட்டதன் விளைவே 
பூனைப் பரிசோதனை!

இயற்பியல் அமைப்புகள் (physical systems) அவற்றை 
அளக்கும்போது மட்டுமே திட்டவட்டமான 
நிலைகளை (states) வெளிப்படுத்துகின்றன.
அளப்பதற்கு முன்பு அவற்றின் நிலைகள் 
வெளிப்படுவதில்லை. அவை பல்வேறு நிலைகளின் 
தொகுப்பாக உள்ளன. ஒரு அளவையின்போது 
(during measurement) என்ன நிலை வெளிப்படும் 
என்று உறுதிபடக் கூற இயலாது. வெளிப்படக்கூடிய
நிலைகளின் நிகழ்தகவை மட்டுமே கூற இயலும்.

அளக்கும் செயலானது  இயற்பியல் அமைப்பை 
மாற்றமடையச் செய்து விடுகிறது. இதன் விளைவாக 
பல்வேறு  நிகழ்தகவுகளின் தொகுப்பாக இருந்த 
தன்மை மாறி, ஏதேனும் ஒரு நிகழ்தகவு
மட்டுமே உண்மையாகிறது. இவ்வாறு பல்வேறு 
நிகழ்தகவுகளில் ஒன்று மட்டுமே உண்மையாகி 
ஏனைய நிகழ்தகவுகள் ரத்தாகி விடுதல் 
"அலையமைப்பின் தகர்வு" (collapse of the wave function)
எனப்படுகிறது. 

அலையமைப்பு என்பது கணிதக் கட்டமைப்பாகும்  
(wave function is a mathematical structure). இவைதான் 
கோப்பன்ஹேகன் விளக்கத்தின் முக்கிய அம்சங்கள்.

கோப்பன்ஹேகன் விளக்கத்தின் அடிப்படையில் 
பூனைப் பரிசோதனையைப் பார்ப்போம். பூனை 
உள்ள   பெட்டி ஒரு இயற்பியல் அமைப்பாகும் 
(a physical system).பெட்டியைத் திறப்பதற்கு
முன், அ) உயிருடன் இருத்தல் ஆ) இறந்து போதல் 
ஆகிய இரண்டு நிலைகளின் ஒன்றிப்பாக 
(superposition)  பூனை இருக்கும். 

பெட்டியைத் திறக்கும் செயல் அளவிடுதல் 
(measurement) ஆகும். பெட்டியைத் திறந்தவுடன், 
ஒன்று பூனை உயிருடன் இருக்கும் அல்லது 
இறந்திருக்கும். அதாவது இரண்டு நிலைகளில் 
ஒன்று மட்டுமே உண்மையாவதைக் காணலாம். 
இதுதான்  முன்னர்க் கூறிய "அலையமைப்பின் 
தகர்வு" (wave function collapse) ஆகும்.

கோப்பன்கேஹன் விளக்கத்துக்கு மாற்றாக  
வேறு விளக்கங்களும் உள்ளன. அவற்றுள் 
பிரபலமானவை இரண்டு.
1. பல்லுலக விளக்கம் (Many worlds interpretation)
2. டி பிராக்லி-போம் விளக்கம் (de Broglie Bohm interpretation).

பல்லுலக விளக்கம்:
------------------------------
இதன்படி, பல உலகங்கள் அல்லது பல
பிரபஞ்சங்கள் உண்டு. குவாண்டம் விசையியல் 
கூறுகிற எல்லா நிகழ்வுகளையும் இக்கொள்கை 
ஏற்றுக் கொள்கிறது.

ஒரு பிரபஞ்சத்தில் நடைபெறாத நிகழ்வு வேறொரு 
பிரபஞ்சத்தில் நிகழும் என்று இக்கொள்கை 
கூறுகிறது. எனவே "அலையமைப்பின் தகர்வு" 
(wave function collapse) என்பதை இக்கொள்கை ஏற்றுக் 
கொள்ளவில்லை. இதன் விளைவாக 
"அளவிடுதலின் சிக்கல் " (measurement problem) 
இக்கொள்கையில் இல்லை.

ஷ்ராடிங்கரின்  பூனையைப் பொறுத்தமட்டில், 
இறந்த பூனை 
உயிருள்ள பூனை
இரண்டுக்கும் இக்கொள்கை வெவ்வேறு 
பிரபஞ்சங்களில் இடமளிக்கிறது.

டி பிராக்லி போம் விளக்கம்:
-------------------------------------------
இதை  நோபெல் பரிசு பெற்ற இயற்பியலாளர் 
லூயி டி பிராக்லி (Louis de Broglie 1892-1987) 1927ல் 
முன்மொழிந்தார். 1952ல் டேவிட் போம்
(David Bohm 1917-1992) இதை மேலும் வளர்த்தெடுத்தார். 

பைலட் வேவ் கொள்கை (Pilot wave theory) என்றும் 
போமின் விசையியல் (Bohmian mechanics) என்றும்  
இவ்விளக்கம் அறியப் படுகிறது.

துகள்களை நாம் அளக்கும் வரை அவற்றுக்கு 
இருப்பிடம் இல்லை (particles do not have locations 
until they are measured/observed) என்னும் கோப்பன்கேஹன் 
விளக்கத்தை டி பிராக்லி  ஏற்கவில்லை.

யாரும் பார்க்காவிட்டாலும் யாரும் 
அளக்காவிட்டாலும் துகள்கள்  தமக்கென 
திட்டவட்டமான ஒரு நிலையிடத்தை (position) 
கொண்டிருக்கின்றன என்பதே டி பிராக்லி-போம்
கொள்கை ஆகும்.

கோப்பன்கேஹன் விளக்கத்தில் வரும் 
அலையமைப்பு (wave function) நிறைய 
உறுதியின்மைகளைக் (uncertainties) 
கொண்டிருக்கிறது. இதற்கு மாறாக, 
டி பிராக்லி-போம் கொள்கையில் வரும் 
அலையமைப்பானது தலைமை தாங்கி
வழிகாட்டும் தன்மை (pilot wave) கொண்டது.
எனவேதான் இக்கொள்கை pilot wave theory என 
அழைக்கப் படுகிறது.

ஷ்ராடிங்கரின் பூனை மிக நீண்ட வரலாற்றைக்
கொண்டது. வரலாறு நெடுகிலும் குவான்டம் 
விசையியலின் வளர்ச்சிக்கு இப்பூனை பங்காற்றி 
உள்ளது. நிறைய விசித்திரங்களையம்  
புதிர்களையும் கொண்டு நம் பகுத்தறிவுடன்  
அடிக்கடி முரண்படும்  குவான்டம் விசையியலுக்கு, 
ஏற்கத்தக்க விளக்கத்தை உருவாக்குவதில் 
இப்பூனை உந்துவிசையாக இருந்துள்ளது. 

ஆக ஷ்ராடிங்கரின் பூனை  சாகாவரம் பெற்ற
பூனையாக, காயகல்பம் அருந்தியதால் என்றும் 
இளமையுடன் இருக்கும் பூனையாக இன்றளவும் 
திகழ்கிறது.
-----------------------------------------------------------------
அறிவியல் ஒளி அக் டோபர் 2018 இதழில் 
பிரசுரமான கட்டுரை இது. 
*********************************************


அறிவியல் ஒளி (அக்டோபர் 2018 இதழில் வெளியான கட்டுரை.























கருத்துகள் இல்லை:

கருத்துரையிடுக